面向接口编程之二——编程实例

时间 2019-11-12

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经过上一篇文章的讨论，我想各位朋友对“面接接口编程”有了一个大体的了解。那么在这一篇里，咱们用一个例子，让各位对这个重要的编程思想有个直观的印象。为充分考虑到初学者，因此这个例子很是简单，望各位高手见谅。设计模式

　　问题的提出架构

　　定义：如今咱们要开发一个应用，模拟移动存储设备的读写，即计算机与U盘、MP三、移动硬盘等设备进行数据交换。测试

　　上下文（环境）：已知要实现U盘、MP3播放器、移动硬盘三种移动存储设备，要求计算机能同这三种设备进行数据交换，而且之后可能会有新的第三方的移动存储设备，因此计算机必须有扩展性，能与目前未知而之后可能会出现的存储设备进行数据交换。各个存储设备间读、写的实现方法不一样，U盘和移动硬盘只有这两个方法，MP3Player还有一个PlayMusic方法。this

　　名词定义：数据交换={读，写}编码

　　看到上面的问题，我想各位脑子中必定有了很多想法，这是个很好解决的问题，不少方案都能达到效果。下面，我列举几个典型的方案。spa

　　解决方案列举插件

　　方案一：分别定义FlashDisk、MP3Player、MobileHardDisk三个类，实现各自的Read和Write方法。而后在Computer类中实例化上述三个类，为每一个类分别写读、写方法。例如，为FlashDisk写ReadFromFlashDisk、WriteToFlashDisk两个方法。总共六个方法。设计

　　方案二：定义抽象类MobileStorage，在里面写虚方法Read和Write，三个存储设备继承此抽象类，并重写Read和Write方法。Computer类中包含一个类型为MobileStorage的成员变量，并为其编写get/set器，这样Computer中只须要两个方法：ReadData和WriteData，并经过多态性实现不一样移动设备的读写。code

　　方案三：与方案二基本相同，只是不定义抽象类，而是定义接口IMobileStorage，移动存储器类实现此接口。Computer中经过依赖接口IMobileStorage实现多态性。

　　方案四：定义接口IReadable和IWritable，两个接口分别只包含Read和Write，而后定义接口IMobileStorage接口继承自IReadable和IWritable，剩下的实现与方案三相同。

　　下面，咱们来分析一下以上四种方案：

　　首先，方案一最直白，实现起来最简单，可是它有一个致命的弱点：可扩展性差。或者说，不符合“开放-关闭原则”（注：意为对扩展开放，对修改关闭）。当未来有了第三方扩展移动存储设备时，必须对Computer进行修改。这就如在一个真实的计算机上，为每一种移动存储设备实现一个不一样的插口、并分别有各自的驱动程序。当有了一种新的移动存储设备后，咱们就要将计算机大卸八块，而后增长一个新的插口，在编写一套针对此新设备的驱动程序。这种设计显然不可取。

　　此方案的另外一个缺点在于，冗余代码多。若是有100种移动存储，那咱们的Computer中岂不是要至少写200个方法，这是不能接受的！

　　咱们再来看方案二和方案三，之因此将这两个方案放在一块儿讨论，是由于他们基本是一个方案（从思想层面上来讲），只不过实现手段不一样，一个是使用了抽象类，一个是使用了接口，并且最终达到的目的应该是同样的。

　　咱们先来评价这种方案：首先它解决了代码冗余的问题，由于能够动态替换移动设备，而且都实现了共同的接口，因此无论有多少种移动设备，只要一个Read方法和一个Write方法，多态性就帮咱们解决问题了。而对第一个问题，因为能够运行时动态替换，而没必要将移动存储类硬编码在Computer中，因此有了新的第三方设备，彻底能够替换进去运行。这就是所谓的“依赖接口，而不是依赖与具体类”，不信你看看，Computer类只有一个MobileStorage类型或IMobileStorage类型的成员变量，至于这个变量具体是什么类型，它并不知道，这取决于咱们在运行时给这个变量的赋值。如此一来，Computer和移动存储器类的耦合度大大降低。

　　那么这里该选抽象类仍是接口呢？还记得第一篇文章我对抽象类和接口选择的建议吗？看动机。这里，咱们的动机显然是实现多态性而不是为了代码复用，因此固然要用接口。

　　最后咱们再来看一看方案四，它和方案三很相似，只是将“可读”和“可写”两个规则分别抽象成了接口，而后让IMobileStorage再继承它们。这样作，显然进一步提升了灵活性，可是，这有没有设计过分的嫌疑呢？个人观点是：这要看具体状况。若是咱们的应用中可能会出现一些类，这些类只实现读方法或只实现写方法，如只读光盘，那么这样作也是能够的。若是咱们知道之后出现的东西都是能读又能写的，那这两个接口就没有必要了。其实若是将只读设备的Write方法留空或抛出异常，也能够不要这两个接口。总之一句话：理论是死的，人是活的，一切从现实须要来，防止设计不足，也要防止设计过分。

　　在这里，咱们姑且认为之后的移动存储都是能读又能写的，因此咱们选方案三。

　　实现

　　下面，咱们要将解决方案加以实现。我选择的语言是C#，可是在代码中不会用到C#特有的性质，因此使用其余语言的朋友同样能够参考。

　　首先编写IMobileStorage接口：

namespace InterfaceExample
{
    public interface IMobileStorage
    {
        void Read();//从自身读数据
        void Write();//将数据写入自身    }
}

　　代码比较简单，只有两个方法，没什么好说的，接下来是三个移动存储设备的具体实现代码：

　　U盘

namespace InterfaceExample
{
    public class FlashDisk : IMobileStorage
    {
        public void Read()
        {
            Console.WriteLine("Reading from FlashDisk……");
            Console.WriteLine("Read finished!");
        }
        public void Write()
        {
            Console.WriteLine("Writing to FlashDisk……");
            Console.WriteLine("Write finished!");
        }
    }
}

　MP3

namespace InterfaceExample
{
    public class MP3Player : IMobileStorage
    {
        public void Read()
        {
            Console.WriteLine("Reading from MP3Player……");
            Console.WriteLine("Read finished!");
        }
        public void Write()
        {
            Console.WriteLine("Writing to MP3Player……");
            Console.WriteLine("Write finished!");
        }
        public void PlayMusic()
        {
            Console.WriteLine("Music is playing……");
        }
    }
}

　　移动硬盘

namespace InterfaceExample
{
    public class MobileHardDisk : IMobileStorage
    {
        public void Read()
        {
            Console.WriteLine("Reading from MobileHardDisk……");
            Console.WriteLine("Read finished!");
        }
        public void Write()
        {
            Console.WriteLine("Writing to MobileHardDisk……");
            Console.WriteLine("Write finished!");
        }
    }
}

　　能够看到，它们都实现了IMobileStorage接口，并重写了各自不一样的Read和Write方法。下面，咱们来写Computer：

namespace InterfaceExample
{
    public class Computer
    {
        private IMobileStorage _usbDrive;
        public IMobileStorage UsbDrive
        {
            get
            {
                return this._usbDrive;
            }
            set
            {
                this._usbDrive = value;
            }
        }
        public Computer()
        {
        }
        public Computer(IMobileStorage usbDrive)
        {
            this.UsbDrive = usbDrive;
        }
        public void ReadData()
        {
            this._usbDrive.Read();
        }
        public void WriteData()
        {
            this._usbDrive.Write();
        }
    }
}

　　其中的UsbDrive就是可替换的移动存储设备，之因此用这个名字，是为了让你们以为直观，就像咱们日常使用电脑上的USB插口插拔设备同样。

　　OK！下面咱们来测试咱们的“电脑”和“移动存储设备”是否工做正常。我是用的C#控制台程序，具体代码以下：

namespace InterfaceExample
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Computer computer = new Computer();
            IMobileStorage mp3Player = new MP3Player();
            IMobileStorage flashDisk = new FlashDisk();
            IMobileStorage mobileHardDisk = new MobileHardDisk();
            Console.WriteLine("I inserted my MP3 Player into my computer and copy some music to it:");
            computer.UsbDrive = mp3Player;
            computer.WriteData();
            Console.WriteLine();
            Console.WriteLine("Well,I also want to copy a great movie to my computer from a mobile hard disk:");
            computer.UsbDrive = mobileHardDisk;
            computer.ReadData();
            Console.WriteLine();
            Console.WriteLine("OK!I have to read some files from my flash disk and copy another file to it:");
            computer.UsbDrive = flashDisk;
            computer.ReadData();
            computer.WriteData();
            Console.ReadLine();
        }
    }
}

　　如今编译、运行程序，若是没有问题，将看到以下运行结果：

图2.1 各类移动存储设备测试结果

　　好的，看来咱们的系统工做良好。

　　后来……

　　刚过了一个星期，就有人送来了新的移动存储设备NewMobileStorage，让我测试能不能用，我微微一笑，心想这不是小菜一碟，让咱们看看面向接口编程的威力吧！将测试程序修改为以下：

namespace InterfaceExample
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Computer computer = new Computer();
            IMobileStorage newMobileStorage = new NewMobileStorage();
            Console.WriteLine("Now,I am testing the new mobile storage:");
            computer.UsbDrive = newMobileStorage;
            computer.ReadData();
            computer.WriteData();
            Console.ReadLine();
        }
    }
}

　　编译、运行、看结果：

　　哈哈，神奇吧，Computer一点都不用改动，就可使新的设备正常运行。这就是所谓“对扩展开放，对修改关闭”。

图2.2 新设备扩展测试结果

　　又过了几天，有人通知我说又有一个叫SuperStorage的移动设备要接到咱们的Computer上，我心想来吧，管你是“超级存储”仍是“特级存储”，个人“面向接口编程大法”把大家通通搞定。

　　可是，当设备真的送来，我傻眼了，开发这个新设备的团队没有拿到咱们的IMobileStorage接口，天然也没有遵守这个约定。这个设备的读、写方法不叫Read和Write，而是叫rd和wt，这下完了……不符合接口啊，插不上。可是，不要着急，咱们回到现实来找找解决的办法。咱们一块儿想一想：若是你的Computer上只有USB接口，而有人拿来一个PS/2的鼠标要插上用，你该怎么办？想起来了吧，是否是有一种叫“PS/2-USB”转换器的东西？也叫适配器，能够进行不一样接口的转换。对了！程序中也有转换器。

　　这里，我要引入一个设计模式，叫“Adapter”。它的做用就如现实中的适配器同样，把接口不一致的两个插件接合起来。因为本篇不是讲设计模式的，并且Adapter设计模式很好理解，因此我就不细讲了，先来看我设计的类图吧：

　　如图所示，虽然SuperStorage没有实现IMobileStorage，但咱们定义了一个实现IMobileStorage的SuperStorageAdapter，它聚合了一个SuperStorage，并将rd和wt适配为Read和Write，SuperStorageAdapter

图2.3 Adapter模式应用示意

　　具体代码以下：

namespace InterfaceExample
{
    public class SuperStorageAdapter : IMobileStorage
    {
        private SuperStorage _superStorage;
        public SuperStorage SuperStorage
        {
            get
            {
                return this._superStorage;
            }
            set
            {
                this._superStorage = value;
            }
        }
        public void Read()
        {
            this._superStorage.rd();
        }
        public void Write()
        {
            this._superStorage.wt();
        }
    }
}

　　好，如今咱们来测试适配过的新设备，测试代码以下：

namespace InterfaceExample
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Computer computer = new Computer();
            SuperStorageAdapter superStorageAdapter = new SuperStorageAdapter();
            SuperStorage superStorage = new SuperStorage();
            superStorageAdapter.SuperStorage = superStorage;
            Console.WriteLine("Now,I am testing the new super storage with adapter:");
            computer.UsbDrive = superStorageAdapter;
            computer.ReadData();
            computer.WriteData();
            Console.ReadLine();
        }
    }
}

　　运行后会获得以下结果：

图2.4 利用Adapter模式运行新设备测试结果

　　OK！虽然遇到了一些困难，不过在设计模式的帮助下，咱们仍是在没有修改Computer任何代码的状况下实现了新设备的运行。

　　好了，理论在第一篇讲得足够多了，因此这里我就很少讲了。但愿各位朋友结合第一篇的理论和这个例子，仔细思考面向接口的问题。固然，不要忘告终合现实。

　　下一篇，我将解析经典设计模式中的面向接口编程思想和.NET平台分层架构中接口的运用。